一种架梁自动控制系统
技术领域
本发明涉及公路、铁路桥梁工程施工技术领域，具体涉及一种架梁自动控制系统。
背景技术
在公路、铁路工程中，进行桥梁施工时，随着桥梁装配化要求日益增多，越来越多的桥梁工程采用预制梁现场安装工艺进行施工。对预制梁大多采用架桥机进行现场安装，但目前的架桥机的自动化控制水平很低，架梁操作几乎完全依靠人手动控制。对于工艺较复杂的架梁工况，采用人工操作时需要较多的操作工人协同工作，架设效率较低，而且容易出错，导致安全事故的发生。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种架梁自动控制系统，以解决现有技术中存在的架梁采用人工操作时架设效率较低，容易出错，导致安全事故的技术问题。
本发明采用的技术方案是，一种架梁自动控制系统；
在第一种可实现方式中，包括：
RTK接收机，设在架梁设备天车的卷扬机旁侧，用于定位天车空间坐标；
起升高度编码器，设在架梁设备天车的卷扬机主轴上，用于定位吊具空间坐标；
主梁控制站，设在架梁设备的操作室内，与RTK接收机、起升高度编码器通信连接；主梁控制站包括控制平台，控制平台用于接收天车空间坐标、吊具空间坐标；还用于根据天车空间坐标、吊具空间坐标和架梁控制边界条件自动生成架梁方案，发送架梁指令；
天车控制站，设在架梁设备天车的横移小车上，与主梁控制站电连接，用于根据架梁指令控制吊具的起升、横移和纵移；及
支腿控制站，设在架梁设备支腿上，与主梁控制站电连接，用于根据架梁指令控制支腿的整机横移。
结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，架梁设备为架桥机，天车包括前天车、后天车，支腿包括前支腿、中支腿。
结合第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，RTK接收机为2个，分别设在架桥机的前、后天车的卷扬机旁侧。
结合第二种可实现方式，在第四种可实现方式中，起升高度编码器为2个，分别设在架桥机的前、后天车的卷扬机主轴上。
结合第二种可实现方式，在第五种可实现方式中，前支腿控制站、中支腿控制站分别设有1个横移行程编码器。
结合第二种可实现方式，在第六种可实现方式中，主梁控制站、前天车控制站、后天车控制站、前支腿控制站、中支腿控制站的通信连接方式为无线工业网桥。
结合第一种可实现方式，在第七种可实现方式中，吊具的起升、横移和纵移以及支腿的整机横移，采用变频调速进行驱动。
结合第一种可实现方式，在第八种可实现方式中，还包括安全防护装置，安全防护装置包括：
倾角传感器，放置在预制梁片上；
防碰撞指示设备，安装在预制梁片两端；及
载荷传感器，安装在天车上。
结合第八种可实现方式，在第九种可实现方式中，防碰撞指示设备为超声波防碰撞开关。
结合第八种可实现方式，在第十种可实现方式中，安全防护装置还包括RFID定位设备，RFID定位设备包括：
RFID位置读取器，安装在天车上；
标签，安装在主梁上；
横移小车编码器，安装在天车的横移小车上，及
纵移小车编码器，安装在天车的纵移小车上。
结合第八种可实现方式，在第十一种可实现方式中，主梁控制站设有声光报警器。
结合第一或第五或第十种可实现方式，在第十二种可实现方式中，起升高度编码器、横移行程编码器、横移小车编码器、纵移小车编码器选用绝对值编码器。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
1.使用架梁自动控制系统可以实现预制梁片提离运梁车后一直到预制梁片安装就位过程的自动化控制，减少人力消耗、提高安装效率和一次安装成功率。
2.使用安全防护装置，可以避免架梁过程中预制梁片倾斜、预制梁片与盖梁撞击、RTK定位偏差过大，有效提高施工过程中的安全保护效果，减小安全事故发生的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例1的架桥机架梁示意图；
图2为本发明实施例1、实施例2的控制传感器分布示意图；
图3为本发明实施例1的桥下喂梁示意图；
图4为本发明实施例1的架桥机就位并开始起吊示意图；
图5为本发明实施例1的梁体起吊过程示意图；
图6为本发明实施例1的梁体单侧提升示意图；
图7为本发明实施例1的梁体倾斜水平移动示意图；
图8为本发明实施例1的梁体另一侧单侧提升示意图；
图9为本发明实施例1的梁片整体后移示意图。
附图标记：
11-前天车，12-后天车，13-前支腿，14-中支腿，15-尾支腿，16-托架，17-吊具，18-吊绳，21-前天车，24-倾角传感器，25-防碰撞指示设备，26-载荷传感器，27-RFID位置读取器，28-横移小车编码器，29-纵移小车编码器，31-预制梁片，32-墩身，33-盖梁。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
本发明提供一种架梁自动控制系统，包括：
RTK接收机21，设在架梁设备天车的卷扬机旁侧，用于定位天车空间坐标；
起升高度编码器22，设在架梁设备天车的卷扬机主轴上，用于定位吊具空间坐标；
主梁控制站，设在架梁设备的操作室内，与RTK接收机21、起升高度编码器22通信连接；主梁控制站包括控制平台，控制平台用于接收天车空间坐标、吊具空间坐标；还用于根据天车空间坐标、吊具空间坐标和架梁控制边界条件自动生成架梁方案，发送架梁指令；
天车控制站，设在架梁设备天车的横移小车上，与主梁控制站电连接，用于根据架梁指令控制吊具17的起升、横移和纵移；及
支腿控制站，设在架梁设备支腿上，与主梁控制站电连接，用于根据架梁指令控制支腿的整机横移。
以下对实施例1工作原理进行详细说明：
本实施例选用基于卫星定位系统的RTK定位技术，对被吊预制梁片的空间位置、姿态进行测量。RTK是一种实时动态载波相位差分技术，其原理是通过实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方式，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。卫星定位系统的选用不作限定，在本实施例中举例说明，比如北斗、GPS。在安装现场，构筑物以及预制梁片最终安装就位的数据是通过设计图纸文件或验收资料已知的，预制梁片在架梁过程中及最终位置的相关坐标，可以输入到本实施例的架梁自动控制系统中，作为安装时所需要的目标值。
如图1所示，由于吊具17处于架桥机主体结构下方，容易被遮挡，如果将RTK接收机21安装在吊具17上，容易影响测量精度。因此在本实施例中，如图2所示，分别将1个RTK接收机21安装在架桥机前、后天车的卷扬机旁侧，这样可以定位出前、后天车的空间坐标位置，定位精度可达到厘米级。在前、后天车的卷扬机主轴上，分别安装有1个起升高度编码器22，可以精确测量出吊具17在垂直方向上距离RTK接收机21的距离，定位出吊具空间坐标。在本实施例中，起升高度编码器22选用绝对值编码器，绝对值编码器由机械位置确定编码，无需记忆，无需找参考点，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性高，定位精度可达到毫米。基于以上的测量，可以知道两个吊具的精确的空间位置，被吊物体的空间位置、姿态即被精确的测量出来，测量精度可达到厘米级。RTK接收机21、起升高度编码器22的安装方式不作限定，在本实施例中举例说明，选择螺栓连接的方式安装。
在架梁施工时，还需要明确吊绳18的长度，吊绳18挂点在预制梁片31纵向距离上的位置；施工现场构筑物(墩柱、盖梁等)的数据以及需要架设的预制梁片31的数据采用实际验收的数据，这些数据形成架梁控制的边界条件；预制梁片31最终安装就位的坐标位置作为架梁控制的目标值。将这些数据录入本实施例的架梁自动控制系统的控制平台中，控制平台根据这些数据自动生成预制梁片31架设的方案，确保架设过程线路清晰，不碰触任何构筑物，最终准确就位。自动生成预制梁片31架设的方案，在本实施例中，可采用寻径优化算法。
在本实施中，对于发布预制梁片的架设指令，采用基于局域网的无线分散式控制方式，分为主梁控制站、前天车控制站11、后天车控制站12、前支腿控制站13、中支腿控制站14。其中主梁控制站作为主站，前天车控制站11、后天车控制站12、前支腿控制站13、中支腿控制站14作为子站。主站的控制平台接收遥控器操作指令，接收天车空间坐标、吊具空间坐标，接收各个子站的安全限位检测信号机状态信号，根据天车空间坐标、吊具空间坐标和架梁控制边界条件自动生成架梁方案，按控制逻辑产生正确的架梁运行指令，将架梁运行指令下发给各个子站，各个子站根据架梁运行指令，执行相应的作业动作。采用分布式控制后，主站和子站之间，只需要布设动力电源线。各个子站控制及驱动，都在子站内就近完成检测和控制。为了更简化布线，局域网采用无线工业网桥，来代替网线布线，极大减小了架桥机的布线施工难度，也降低了架桥机后续使用的维保成本。
在主站处设置控制平台，控制平台通过人机交互界面，能够显示出当前的操作指令。在进行作业动作时，也能显示整机所有的故障信息，方便维保人员检修设备。
以下对主站和子站分别进行详细介绍：
主梁控制站设置在架桥机的操作室内，具体为架桥机尾部的司机室内。主站接收来自线控遥控器的操作指令，并根据子站检测反馈的信号(包括安全限位、过载、状态等)，产生控制指令；同时将各种操作信息和故障信息，实时显示在控制平台的人机界面上。尾支腿15的液压控制由主站直接控制完成。前天车、后天车、前支腿、中支腿动作，由各自子站完成驱动控制。主站除了完成控制功能，还负责为各个子站配电。
前天车控制站11、后天车控制站12设置在架桥机天车的横移小车上，与主梁控制站电连接(包括供电和通信)，用于控制吊具17的起升、横移和纵移，具体采用变频调速的驱动方式。两个天车的联动同步运行，由主站协调控制，两个子站之间，不涉及主从关系、控制关系。
因为架桥机前支腿、架桥机中支腿这两个支腿有整机横移动作和顶升动作，相对复杂，驱动部件较多，所以在架桥机前支腿、架桥机中支腿分别设置前支腿控制站13、中支腿控制站14。尾支腿15和托架16除了液压，没有过多的驱动控制；因此尾支腿15和托架16的控制归属于主站控制。前支腿控制站13、中支腿控制站14与主梁控制站电连接(包括供电和通信)，用于控制前支腿、中支腿的整机横移，采用变频调速的驱动方式。前支腿控制站13、中支腿控制站14上分别设有1个横移行程编码器23，用于检测前支腿的实际位移值，并反馈给控制平台。横移行程编码器选用绝对值编码器。
以下就一工程实施案例，说明本实施例中架梁自动控制系统的效果。
公路架桥机通常采用尾部喂梁。当桥下喂梁时，由于预制梁片长度大于桥墩盖梁边沿净空间距，因此，预制梁片需要纵向倾斜起吊，错开盖梁，方能提到桥面上进行安装。吊装过程中需要严格控制预制梁片倾角和空间位置，防止碰触，难度和安全风险非常大。以杭州余杭高架项目举例说明，杭州余杭高架项目全长34千米，上部结构T梁共计9128榀T梁，全线高架，桥下为市政道路，施工过程中道路不中断。由于上部结构施工断点较多，无法采用桥面喂梁。采用了本实施例的架梁自动控制系统，施工顺利完成。如图3所示，具体如下：
1.架桥机就位
如图4所示，架桥机处于架梁状态，运梁车运载预制梁片至吊梁位置，停车位置在安装桥跨的正下方。
2.梁体起吊
如图5所示，架梁自动控制系统提升梁体悬空，撤离运梁车。在盖梁和预制梁片不碰撞的前提下，尽量提高。在本实施例中，设定预制梁片距离盖梁底面300毫米。两车同步后移到梁的前端露出盖梁，设定为300毫米。
3.梁体提升
如图6所示，架梁自动控制系统单端提升梁体，控制旋转角度不超过15°，即梁体前后端高度相差7.3米时停止吊梁。
4.梁体斜向水平移动
如图7所示，架梁自动控制系统启动前、后纵行桁车，将梁板平行移动约3.7米，低端梁体移出盖梁垂直投影范围。
5.移梁提升
如图8所示，架梁自动控制系统启动后起升机构，当后端吊高超过支座垫石后即可将梁板向后移。
6.落梁就位
如图9所示，T梁后移，架梁自动控制系统启动前、后天车，梁体整体向后移动至纵向目标位置，自动控制系统控制前支腿和中支腿的横移小车，将架桥机整体横移到横向目标位置，经精确调整对位后，预制梁片下落就位，自动架梁结束。
图4～图9中的数字表示尺寸，单位为毫米。
杭州余杭高架项目的架梁过程一次安装到位，中途未碰触任何构筑物，最终就位准确。在安装效率方面，完全采用人工一个班次(按12小时计算)仅能安装3～4榀T梁；采用本实施中的架梁自动控制系统进行自动架梁，一个班次(按12小时计算)能安装5～6榀T梁，效率提高了约50％。
通过本实施例中的技术方案，可以实现预制梁片提离运梁车后一直到预制梁片安装就位过程的自动化控制，减少人员消耗、提高安装效率和一次安装成功率。
实施例2
在提梁的过程中，安全保护尤为重要。为解决在施工过程中安全保护问题，在实施例1的基础上进一步优化，采用安全防护装置实施安全保护的相关措施。在本实施例中，安全防护装置包括倾角传感器24、防碰撞指示设备25、载荷传感器26、RFID定位设备。如图2所示，具体如下：
在预制梁片31上放置便携式倾角传感器24，具体位置不作限定，在本实施例中举例说明，以吸附方式放置在预制梁片31的上表面。倾角传感器24的检测信号通过自带的无线传输模块发送给控制系统。当检测到预制梁片31的纵向倾角变化和横向倾角变化，大于预警设定值，停止自动提梁过程并给出声光报警提示。
在预制梁片31两端放置防碰撞指示设备25，具体位置不作限定，在本实施例中举例说明，以吸附方式放置在预制梁片31的左右两端的顶面，分别为前部、后部防碰撞指示设备。当预制梁片31与盖梁底部接近，达到安全距离设定值，停机并给出声光报警。在本实施例中，前部、后部防碰撞指示设备选用便携式超声波防碰撞开关。
在前、后天车上，各设有1个载荷传感器26，具体位置不作限定，在本实施例中举例说明，以螺栓连接的方式安装在前、后天车上。提升过程中，载荷传感器26检测发现载荷变化率大于10％，即表明可能产生碰触，停机并给出声光报警。
在部分时候，可能因为通信故障等原因，出现卫星通信中断的情况，此时使用RTK定位技术计算出的预制梁片31的坐标信息可能会失真。在本实施例中，使用RFID(射频识别)定位设备来进行RTK动态定位验证保护。RFID定位设备包括RFID位置读取器27、标签、横移小车编码器28、纵移小车编码器29。在天车上安装RFID位置读取器27，安装的位置和方式不作限定，在本实施例中举例说明，选择螺栓连接的方式安装在天车车体上。标签设在架桥机的主梁上，安装的位置和方式不作限定，在本实施例中举例说明，选择环氧胶粘贴的方式安装在主梁的上弦杆顶面。在天车的横移小车、纵移小车上分别安装了横移小车编码器28、纵移小车编码器29，用来检测横移小车和纵移小车的相对位置变化；安装的位置和方式不作限定，在本实施例中举例说明，选择螺栓连接的方式安装在横移小车、纵移小车的车体上。当编码器检测的位置变化和RTK动态位置变化差值大于设定阈值时，停机并给出声光报警。在本实施例中，横移小车编码器28、纵移小车编码器29使用绝对值编码器，编码器检测的位置变化和RTK动态位置变化差值的设定阈值为差值不超过10％。
在本实施例中，倾角传感器、超声波防碰撞开关、载荷传感器均采用无线通信方式传输检测信号到控制平台。声光报警的方式可选用声光报警器，设在主梁控制站，即架桥机尾部的司机室内
通过本实施例的安全防护装置，可以避免架梁过程中预制梁片倾斜、预制梁片与盖梁撞击、RTK定位偏差过大，有效提高施工过程中的安全保护效果，减小安全事故发生的可能性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
